内燃机构造与原理(1)

补充知识：
斯特林发动机 斯特林循环由两个等温过程和两 个等容回热过程组成，也被称为 定容回热循环 优点：任何热源均可（热腔需达 到 700℃）；无震爆做功问题， 低噪音 缺点：发动机在提供有效动力之 前需要时间暖机；发动机不能快 速改变其动力输出 应用：潜艇、太阳能发电系统等
第一章 内燃机概述
第二章 内燃机的工作原理
2、四冲程柴油机工作原理
③ 柴油机的优点及存在的主要问题 由于柴油能含量高、柴油机高压缩比（汽油机一般为 10，柴油机一一般为 20左右）、压燃等，并且柴油机转矩曲线在很宽的转速范围内较平坦，即 较大的负荷和转速变化范围内经济性好，柴油机具有较高的燃油经济性 （比同类汽油机节油达1/3以上） 排放物与汽油机不同，CO、HC和CO2排放量低，但PM和NOx的排放量大。 PM产生机理并不明确，一般认为是由于燃料燃烧不均匀，部分燃料在高温 缺氧条件下氧化、裂解而成。NOX产生机理尚未达成共识，一般认为与燃 油燃烧无关，而是由于高温状态下氮气与氧气的反应，该过程理论上讲无 法避免。需要从燃油品质的改善、供给、喷射、燃烧室设计和涡轮增压及 后处理技术的应用入手，降低PM和NOX排放量 爆燃方式使噪声和震动难以消除 柴油机质量功率比与同类汽油机相比要大一些，成本和价格也要高一些 柴油机低温启动相对汽油机要困难一些（机油黏度增加，摩擦阻力加大； 柴油黏度和密度增大，流动性变差，雾化不良，应选用凝点低的柴油；蓄 电池输出功率减小）

二冲程柴油机工作原理：第一冲程扫气和压缩；第二冲程做功和扫气。


优点：理论上功率是四冲 程内燃机的两倍（实际上 达到 1.5 ～ 1.6 倍）；运转 平稳；结构简单，维护、 保养方便。 缺点：换气质量差，热效 率低，且转速越高越明显， 经济性较差；热负荷较高。 应用不广泛。摩托、少量 微型汽车、船用内燃机



第二章 内燃机的工作原理
2、四冲程柴油机工作原理
四冲程柴油机工作过程与四冲程汽油机基本相同，每个工作循环也都是通过四个冲程完成。 不同在于由于柴油与汽油的性质不同，使混合气的形成和着火方式有很大差异。混合气的形 成：汽油机采用外部混合方式，即汽油和空气在化油器或进气管内混合（我国2002年9月1日 起停止化油器车生产，采用电控喷射技术），形成可燃混合气（“量调节”，通过控制进入 气缸内混合气的多少来调节）；而柴油机采用内部混合方式，即燃油在压缩冲程终点前直接 喷入缸内的空气中，形成可燃混合气（“质调节”，通过喷油量来调节）。着火方式：汽油 机利用电火花在压缩冲程终点前点燃可燃混合气，属于点燃式；柴油机是通过将燃油在压缩 冲程终点前高压喷入缸内空气中，使之自行着火燃烧，属于压燃式。 由于柴油机的压缩比高，热效率比汽油机要高得多，一般柴油机燃油消耗率比汽油机约低２ ０％～３０％，所以在工程机械和载重货车上多以柴油机作为发动机。
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柴油机为何不采用点燃方式？汽油机为何采用点燃方式？ 汽油机一般使用于汽车（体积小、速度快），汽车的平顺性和振动性要求高， 采用点燃方式可保证运转平顺且高速转动，避免压燃（即爆燃） 柴油机压燃（即爆燃）可增大输出扭矩，但压缩比大，活塞行程大，转速不 会太高，另外压燃直接影响平顺性，大多用于工程机械，但欧洲汽车多半为 柴油机

第二章 内燃机的工作原理
2、四冲程柴油机工作原理
① 为什么柴油机不用点燃式，柴油机压缩比为什么高？ 柴油燃点高，不容易点燃 需增加柴油混合空气的温度，采用的方法就是提高压缩比 柴油机压缩比大，气缸需承受较大的压力而需较为牢固可靠，一般采用钢板 等材料制成，输出功率大，但噪音大（爆燃）；汽油机一般采用铝合金、塑 料等材料制成，体积小，重量轻，运转平顺（点燃）
p—V示功图：利用不同 型式的示功器或内燃机数 据采集系统来观察或记录 相对于不同活塞位置或曲 轴转角时气缸内工质压力 的变化，所得的结果即为 p—V示功图。示功图是 研究内燃机工作过程的重 要试验数据。


第二章 内燃机的工作原理
2、四冲程柴油机工作原理
④ 工程机械用内燃机与汽车用内燃机有何不同？ 施工场地路面差，内燃机与底盘间连接需可靠，且考虑减振 需考虑工程机械经常倾斜作业情况，对润滑、冷却和燃油供给提出要求 施工场地空气含尘量大，对空气、燃油和机油滤清器提出要求 使用地区广，环境温度的变化幅度大，对燃油、机油、冷却系统和起动 方法提出要求 隧道及矿井的工程机械，需有严格的废气净化和降低噪音的措施 负荷变化率很大，为使工程机械在任何转速下均能稳定运转，内燃机需 要使用性能良好的全程式调速器 全负荷作业时间长，并经常承受突加负荷，扭矩储备大，工作转速范围 宽 推土机及装载机需要内燃机飞轮前输出动力，用于提升及转向；液压传 动工程机械需要内燃机前端（自由端）输出部分功率以带动液压泵；液 力传动工程机械中，液力变矩器用油的冷却要由内燃机冷却系统完成
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第二章 内燃机的工作原理


内燃机的运转过程，是气缸内连续不断地完成一个个工作循环的过程。 一个工作循环是指内燃机的气缸内依次通过进气、压缩、燃烧、膨胀和排 气五个过程（或进气、压缩、做功、排气四个过程）作一次功的全过程。 四冲程内燃机是指活塞经过四个冲程（曲轴转两转）完成一个工作循环的 内燃机。 二冲程内燃机是指活塞经过两个冲程（曲轴转一转）完成一个工作循环的 内燃机。
第二章 内燃机的工作原理
1、四冲程汽油机工作原理
进气冲程：作用是吸入新鲜混和气体；活塞由上止点向下 止点运动；进气门开启，排气门关闭；进气终了时气缸内 的气体压力低于大气压力，约 75-90kPa ；温度高于大气 温度，约370-440K。 压缩冲程：作用是为燃烧准备条件；活塞从下止点向上止 点运动；进气门关闭，排气门关闭；气体被压缩，压力与 温度同时升高。压缩终了时，压力约0.85-2MPa，温度约 600-800K 。压缩冲程有利于混和气的迅速燃烧，并可提 高内燃机的有效热效率，压缩行程的压缩比约 7 － 10 。 （绝热压缩过程） 做功冲程：包含燃烧和膨胀过程，内燃机化学能转换为机 械能；燃烧过程发生在在压缩冲程末期，活塞接近上止点 时，火花塞点燃可燃混和气体，进、排气门均关闭，压力 急剧增大，约3-5MPa，温度急剧上升，约2200-2800K； 随后工质膨胀，推动活塞由上止点下行，进、排气门均关 闭，压力与温度降低，膨胀末期，压力约 0.3-0.5MPa ， 温度约1500-1700K。（绝热膨胀过程） 排气冲程：排除缸内残余废气；活塞由下止点上行；进气 门 关 闭 ， 排 气 门 开 启 ； 压 力 105-125KPa ， 温 度 9001200K。
内燃机的主要缺点： 难以消除往复运动，运转时
噪音大；低速时转矩小，需配备变速装置；废气中有害 成份对大气污染较严重（城市大气环境的主要污染源）。
第一章 内燃机概述
二、基本术语
基本结构包括排气门、进气门、气缸盖、气缸、活塞、活塞 销、连杆、曲轴等。 气缸内装有活塞，活塞通过活塞 销、连杆与曲轴相连接。活塞在 气缸内上下往复运动，通过连杆 推动曲轴转动。为了吸入新鲜空 气和排出废气，在汽缸盖上设有 进气门和排气门。
2 L 6
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第一章 内燃机概述
二、基本术语
基本术语
• • • 燃烧室容积：活塞位于上止点时的气缸容积，也称压缩容积，用Vc表示 气缸总容积：气缸工作容积与燃烧室容积之和，用Va表示 压缩比：气缸总容积与燃烧室容积之比，用ε表示 V V a 1 s Vc Vc 工况：内燃机在某一时刻的运行状况简称为工况。以该时刻内燃机输出的 有效功率或转矩及其相应的曲轴转速表示。
内燃机构造与原理
第一章
第二章
第三章 第四章 第五章 第六章
第七章
第八章 第九章
内燃机概述 内燃机的工作原理 内燃机的热力循环 内燃机的性能指标 曲柄连杆机构 配气机构 柴油机燃油系统 汽油机燃油系统和点火系统 润滑系统/冷却系统/起动装置
第一章 内燃机概述
内燃机的定义 : 是热机的一种，是将燃料的化学 能经过燃烧释放的热能转变为机械功的机器 能量转化:化学能→热能→机械能 根据燃料的燃烧部位可分为外燃机（如蒸汽机、 斯特林发动机等）和内燃机两种类型 内燃机按活塞的运动规律分往复运动式和旋转活 塞式两类。其中，往复运动式内燃机，如汽油机、 柴油机和气体燃料发动机，其性能更为完善，使 用得最广泛，是本课程学习的内容
第三章 内燃机的热力循环
1、内燃机的理论循环
定义：内燃机的实际热力循环是燃料的热能转变为机械能的过程，它由进 气、压缩、燃烧、膨胀和排气等多个过程所组成。在这些过程中，由燃料 与空气组成的工质，无论在质或量上都时刻发生着变化，伴随着各种复杂 的物理、化学过程，同时，机械摩擦、散热、燃烧、节流等引起的一系列 不可逆损失也大量存在，要准确地从理论上描述内燃机的实际过程，在目 前条件下还是十分困难的。为了分析内燃机中燃料热能利用的完善程度及 其主要影响因素，进而为提高能量利用率指明方向，通常将实际循环进行 若干简化，从而得到便于进行定量分析的假想循环或简化循环，称之为内 燃机的理论循环。
第一章 内燃机概述
二、基本术语
基本术语
• 上止点：活塞顶端离曲轴旋转中心最远处；下止点：活塞顶端离曲轴中心 最近处；活塞行程：上、下止点间的距离S（mm）；曲柄半径：连杆轴 颈中心到曲轴轴颈中心的距离R（mm），S=2R。 D 2 气缸工作容积：上、下止点所包容的气缸容积（L），Vs 4 10 6 S D V Si，内燃机排量表示内燃机 排量：内燃机所有气缸工作容积的总和， 4 10 的做功能力，在内燃机其他参数相同的情况下，内燃机排量越大，内燃机 所发出的功率就越大。
往复运动式 ：燃料在气 缸中燃烧，将化学能转 变为热能，燃烧产生的 高温高压燃气作为工质 在气缸内膨胀，推动活 塞运动，将热能转变为 机械功。活塞的往复运 动通过曲柄连杆机构转 变为曲轴的回转运动 ， 驱动运动机械
第一章 内燃机概述
旋转活塞式：（实物组成视频） 活塞每转一圈，做功三次，单位 质量功率大；震动轻微，运转稳 定；热负荷较大；经济性有待改 善；低速动力性较差等


第二章 内燃机的工作原理
3、二冲程内燃机工作原理

菲亚特126P，我国 从八十年代开始， 二冲程内燃机与四冲程内燃机的主要区别是换气方式不同。二冲程内燃机 以易货贸易方式从 没有专门的排气过程和进气过程，它利用活塞的运动来控制开设在气缸下 波兰进口，售价万 部的进、排气口的开启或关闭，使具有一定压力的新鲜气体充入气缸，同 元左右，中国社会 时将废气驱赶出去，从而实现换气过程。 第一款平民化轿车， 二冲程汽油机工作原理：第一冲程活塞上方压缩，下方进气；第二冲程活 当今中国私家车的 塞上方做功、换气，下方预压缩。 雏形
内燃机构造与原理
张 志 强
ຫໍສະໝຸດ Baidu
Email:zhangzhiqiang78@whu.edu.cn
内燃机构 造与工作 原理
底盘的构 造与设计
课程结构
现代设计 方法基础 及应用
整机部分 的构造与 设计
课程安排
内燃机构造与原理以《内燃机构造与原理》（陆耀
祖）为教材，主要学习内燃机构造及工作原理、内 燃机特性等，便于了解行业的发展动态 考核方法：笔试成绩70%，平时成绩30%，缺课三 次以上取消考试资格
马自达RX-8（已停产），采用马自达独有的Renesis双转子发动机， 1.3L排量，最大功率231马力，最大扭矩211N*m，百公里加速仅需6.4秒
第一章 内燃机概述
一、优缺点分析 内燃机的主要优点：
1. 经济性好，热效率在热机中最高，一般为 30 ％～ 55 ％ （车用汽油机30%以上，高性能车用柴油机40%以上， 船用二冲程柴油机50%以上）； 2. 尺寸小、重量轻、结构紧凑，便于安装布置； 3. 功率范围广。单机功率在 0.6KW ～ 68000KW ，适用范 围广； 4. 机动性好。起动方便、迅速，加速性能好，正常起动只 需要几秒钟，并能很快地达到全负荷工况。